一种废弃矿山竖井集束式储氢井及其施工方法技术

本发明专利技术提供了一种废弃矿山竖井集束式储氢井及其施工方法。所述集束式储氢井由稳固结构及储氢井结构组成，所述储氢井结构设置于废弃矿山竖井内，包括由外向内依次设置的水泥保护层、沥青砂胶缓冲层、钢衬层、储氢井；所述稳固结构由稳固板及扩大头锚杆组成，所述稳固板设置于储氢井顶部，并通过扩大头锚杆对结构进行加固稳定，同时设有放气通道及时排除泄露氢气。本发明专利技术利用衬砌层及储氢井组成双层复合结构，利用储氢井保证了良好的密闭性，同时又利用衬砌层保证结构的稳定性和安全性，既能解决废弃矿山资源闲置问题，又能实现氢气规模化、安全化储存，为氢能产业大面积推广应用提供了可能性。可能性。可能性。

【技术实现步骤摘要】
一种废弃矿山竖井集束式储氢井及其施工方法


[0001]本专利技术涉及新能源
，具体来说涉及一种利用废弃矿山竖井的集束式储氢井及其施工方法。

技术介绍

[0002]露天的废弃矿山竖井会导致矿井内集聚大量的地下水，矿山中的残留物质对水质造成污染，受污染水的渗入地表并相互流通，破坏周围整个水系。同时，废弃矿井内大量的碎石、松散矿渣裸露于地表，会造成严重的粉尘污染，对矿区周围生态系统和生物多样性产生不利影响。鉴于此，探索利用废弃矿山竖井进行地下储氢，其不仅可提高废弃矿山土地资源有效利用率，还可利用地下温度、湿度等环境条件稳定,不受天气及人为因素的影响，解决地面储氢的安全、消防等问题。

技术实现思路

[0003]为了提高废弃矿山资源利用率，解决地面储氢的安全、消防等问题，本专利技术提出了一种利用废弃矿山竖井的集束式储氢井及其施工方法，既能解决废弃矿山土地资源有效利用问题，又能构建高密度、规模化、低成本氢能储运体系。
[0004]为了解决上述技术目的，本专利技术提供了一种废弃矿山竖井集束式储氢井，所述废弃矿山竖井集束式储氢井稳固结构和置于废弃矿山竖井内的地下储氢井结构，所述地下储氢井结构由外向内依次包括水泥保护层、沥青砂胶缓冲层、钢衬层和多个储氢井；所述水泥保护层和钢衬层均为圆形，水泥保护层和紧贴矿山竖井内壁，所述沥青砂胶缓冲层设置于水泥保护层和钢衬层之间，且沥青砂胶缓冲层内壁通过环氧树脂胶层粘贴在钢衬层的外表面，所述钢衬层由多块内衬钢板构成，相邻两个所述内衬钢板之间焊接固定，所述钢衬层内设有氢气浓度检测器，多个储氢井以钢衬层轴线为轴心呈集束状通过隔板固定于钢衬层内部，且每个储氢井竖向置于矿山竖井内；所述地上稳固结构包括稳固板和扩大头锚杆，所述稳固板为钢筋混凝土结构，设置于废弃矿山竖井的井口，其面积大于废弃矿山竖井的截面面积，所述稳固板设有放气管道和输氢管道，所述放气管道与所述储氢井及钢衬层之间的空腔相通，所述输氢管道通过多个分支输氢管与每个储氢井连通；所述扩大头锚杆设有多个，分散设置在稳固板超出废弃矿山竖井井口的区域。
[0005]本专利技术较优的技术方案：所述内衬钢板为高合金不锈钢材料，其厚度为20～60mm；相邻内衬钢板焊接处设置坡口，使得两块钢板坡口配合形成近似“X”形，在靠近水泥保护层结构侧的一面的坡口角度为40～50
°
，靠近储氢井结构侧相对的一面的坡口的角度为20～30
°
。
[0006]本专利技术较优的技术方案：多个扩大头锚杆以稳固板轴线为轴心呈圆周阵列通过锚具锚定于稳固板表面；所述扩大头锚杆由锚杆本体及扩大头锚固段组成，所述锚杆本体竖向设置，所述扩大头锚固段设置于锚杆本体下部，所述扩大头锚固段由撑杆、弹簧、滑动块、耳板及固定块构成，所述滑动块呈中空管状特征，其直径大于锚杆本体的直径，滑动块与锚
杆本体间留有滑动间隙，滑动杆可在锚杆上自由滑动；所述撑杆沿锚杆本体周向布置若干，所述撑杆由第一撑杆及第二撑杆组成，所述第一撑杆的上端与滑动块的耳板相铰接，所述第二撑杆的下端与锚杆的耳板相铰接，所述第一撑杆与第二撑杆铰接，所述弹簧沿锚杆本体均匀环绕设置多个，所述弹簧一端与滑动块相固定，另一端固定于锚杆固定块上。
[0007]本专利技术较优的技术方案：所述隔板设有多组，多组隔板焊接在钢衬层的不同高度。
[0008]本专利技术较优的技术方案：所述环氧树脂胶层是采用双酚A环氧树脂基体，并复掺有5％的纳米氧化铝及10％的氮化硼，所述环氧树脂胶层的厚度为1～10mm。
[0009]本专利技术较优的技术方案：所述储氢井的进气端与矿山竖井的井口平齐，或置于稳固板内，所述稳固板固定在多个储氢井的进气端。
[0010]本专利技术较优的技术方案：所述沥青砂胶缓冲层的厚度为10～50mm；且沥青砂胶缓冲层的材料是由以下重量百分比的物质混合配置而成：沥青50％～65％、矿粉30％～40％、减水剂1％～2％、增强剂2％～3％。
[0011]本专利技术较优的技术方案：所述储氢井材质为30CrMo合金钢，其外径为200～700mm，深度为10～80m，工作压力为35～70MPa。
[0012]本专利技术提供了一种上述废弃矿山竖井集束式储氢井的施工方法，其特征在于，具体施工步骤如下：
[0013]S1.废弃矿山竖井修复；首先对废弃矿山竖井井壁进行测量检测，查明其垮塌破损、松散断层等不稳定区域，接着对废弃矿山竖井坍塌松散进行注浆加固进行修复治理，实现竖井井壁平缓过渡；
[0014]S2.钢衬焊接成型；在两块相邻内衬钢板焊接处设置“X”形坡口，将坡口及坡口附近区域进行清理，保证无油污及氧化层，将钢板预热至指定温度后进行焊接，依次将内衬钢板及隔板组装焊接成型后，采用双酚A环氧树脂基体，并复掺有5％的纳米氧化铝及10％的氮化硼配制环氧树脂胶料，并通过配制好的环氧树脂胶料将沥青砂胶缓冲层粘贴在钢衬层表面，所述环氧树脂胶涂覆厚度为1～10mm；所述沥青砂胶缓冲层是由以下重量百分比的物质混合配置而成：沥青50％～65％、矿粉30％～40％、减水剂1％～2％、增强剂2％～3％；
[0015]S3.水泥保护层施工；将S2步骤中组装好的钢衬层沉放至废弃矿山竖井内，并向废弃矿山竖井内壁与沥青砂胶缓冲层之间的环形空腔内注满水泥砂浆；
[0016]S4.储氢井下放；将储氢井依次下放至钢衬层内部，通过隔板对储氢井进行固定，并在预制工厂进行稳固板制作，绑扎稳固板钢筋，使用PVC管道预留储氢井孔道、放气通道及锚杆孔道，最后浇筑稳固板混凝土养护成型；
[0017]S5.扩大头锚杆施工；平整场地，施工放线，定位扩大头锚杆孔道位置，使用钻孔机进行扩大头锚杆孔道钻孔，接着下放扩大头锚杆至设计标高，灌注水泥浆充满整个孔道，最后安装稳固板并使用锚具将锚杆锚定于稳固板上。
[0018]S6.安装放气通道；在稳固板预留孔道内安装放气通道及储氢管道，至此完成废弃矿山竖井集束式储氢井的施工。
[0019]本专利技术较优的技术方案：所述S3步骤中水泥砂浆的注入过程是，采用聚乙烯塑料软管沿废弃矿山竖井与组装好的钢衬之间的环状空间送入井底，最后用泥浆泵将配制好的水泥砂浆沿聚乙烯塑料软管送入井底，一边灌注一边提升聚乙烯塑料软管，直至水泥砂浆浸满整个环状空间。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021](1)本专利技术中集束式储氢井处于地下，周围土体形成天然围护效果，在爆炸发生时不但可以控制爆炸方向为竖直方向，而且可以极大地缩小爆炸影响范围，可有效降低爆炸产生的危害；且处于地下的储氢井能够有效地避免静电产生，从源头避免了事故产生。
[0022](2)本专利技术中通过稳固结构对储氢井结构进行结构加固，并通过扩大头锚杆的扩大头锚固段增大锚杆与周围水泥浆的接触面积，增加锚杆的粘结摩擦力，提高稳固结构的锚固力，防止储氢井上冲引起安全事故。
[0023](3)本专利技术中利用钢衬层和水泥保护层之间的空腔用于缓存储氢井可能由于破损、腐蚀等不可预知的情况下泄漏出来的氢气，在空腔内设置有氢气浓度检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废弃矿山竖井集束式储氢井，其特征在于：所述废弃矿山竖井集束式储氢井稳固结构和置于废弃矿山竖井(1)内的地下储氢井结构，所述地下储氢井结构由外向内依次包括水泥保护层(2)、沥青砂胶缓冲层(3)、钢衬层(5)和多个储氢井(6)；所述水泥保护层(2)和钢衬层5均为圆形，水泥保护层(2)和紧贴矿山竖井(1)内壁，所述沥青砂胶缓冲层(3)设置于水泥保护层(2)和钢衬层(5)之间，且沥青砂胶缓冲层(3)内壁通过环氧树脂胶层(4)粘贴在钢衬层(5)的外表面，所述钢衬层(5)由多块衬钢板(501)构成，相邻两个所述内衬钢板(501)之间焊接固定，所述钢衬层(5)内设有氢气浓度检测器(13)，多个储氢井(6)以钢衬层(5)轴线为轴心呈集束状通过隔板(12)固定于钢衬层(5)内部，且每个储氢井(6)竖向置于矿山竖井(1)内；所述地上稳固结构包括稳固板(11)和扩大头锚杆(7)，所述稳固板(11)为钢筋混凝土结构，设置于废弃矿山竖井(1)的井口，其面积大于废弃矿山竖井(1)的截面面积，所述稳固板(11)设有放气管道(10)和输氢管道(9)，所述放气管道(10)与所述储氢井(6)及钢衬层(5)之间的空腔相通，所述输氢管道(9)通过多个分支输氢管与每个储氢井(6)连通；所述扩大头锚杆(7)设有多个，分散设置在稳固板(11)超出废弃矿山竖井(1)井口的区域。2.根据权利要求1所述的一种废弃矿山竖井集束式储氢井，其特征在于：所述内衬钢板(501)为高合金不锈钢材料，其厚度为20～60mm；相邻内衬钢板(501)焊接处设置坡口(502)，使得两块钢板坡口(502)配合形成近似“X”形，在靠近水泥保护层(2)结构侧的一面的坡口角度为40～50
°
，靠近储氢井(6)结构侧相对的一面的坡口的角度为20～30
°
。3.根据权利要求1或2所述的一种废弃矿山竖井集束式储氢井，其特征在于：多个扩大头锚杆(7)以稳固板(11)轴线为轴心呈圆周阵列通过锚具(8)锚定于稳固板(11)表面；所述扩大头锚杆(7)由锚杆本体(704)及扩大头锚固段(701)组成，所述锚杆本体(704)竖向设置，所述扩大头锚固段(701)设置于锚杆本体(704)下部，所述扩大头锚固段(701)由撑杆、弹簧、滑动块、耳板及固定块构成，所述滑动块(705)呈中空管状特征，其直径大于锚杆本体(704)的直径，滑动块(705)与锚杆本体(704)间留有滑动间隙，滑动杆(705)可在锚杆(704)上自由滑动；所述撑杆沿锚杆本体(704)周向布置若干，所述撑杆由第一撑杆(702)及第二撑杆(703)组成，所述第一撑杆(702)的上端与滑动块(705)的耳板相铰接，所述第二撑杆(703)的下端与锚杆(704)的耳板相铰接，所述第一撑杆(702)与第二撑杆(703)铰接，所述弹簧(706)沿锚杆本体(704)均匀环绕设置多个，所述弹簧一端与滑动块(705)相固定，另一端固定于锚杆固定块(707)上。4.根据权利要求1或2所述的一种废弃矿山竖井集束式储氢井，其特征在于：所述隔板(12)设有多组，多组隔板...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光煜，丁洪元，谢亮，潘中祺，陈斌，李春磊，刘绍卿，谢佳海，
申请(专利权)人：中冶武勘工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：